Ամերիկյան ռազմական X-37B տիեզերական ինքնաթիռի ութերորդ առաքելությունը, որը նախատեսված է 2025 թվականի օգոստոսի 21-ին, խոստանում է դառնալ նավիգացիոն տեխնոլոգիաների զարգացման կարևոր շրջադարձային կետ: Հիմնական փորձերից մեկը կլինի քվանտային իներցիոն սենսորի փորձարկումը՝ GPS-ի պոտենցիալ փոխարինիչ, որը կարող է արմատապես փոխել նավիգացիան տիեզերանավերի, ինքնաթիռների, նավերի և սուզանավերի համար: Այս մասին հայտնում է Բիրմինգհեմի համալսարանի դոցենտ Սամուել Լելլուշը, ով մասնագիտացած է քվանտային տեխնոլոգիաների ոլորտում:

Ինչու՞ GPS-ը միշտ չէ, որ բավարար է

Ինչպես նշում է space.com-ը, արբանյակային համակարգերը, ինչպիսին GPS-ն է, դարձել են մեր կյանքի անբաժան մասը՝ սկսած սմարթֆոններից մինչև ավիացիա և լոգիստիկա: Այնուամենայնիվ, GPS-ն ունի սահմանափակումներ. նրա ազդանշանները թուլանում կամ ամբողջությամբ անհետանում են Երկրի ուղեծրից դուրս, ջրի տակ կամ խոչընդոտների պայմաններում, ինչպիսիք են ազդանշանի խլացումը կամ կեղծումը (սպուֆինգ), ինչը հատկապես արդիական է հակամարտության գոտիներում: Սա ինքնավար նավիգացիոն համակարգերի մշակումը դարձնում է կարևորագույն խնդիր:

Ավանդական իներցիոն նավիգացիոն համակարգերը (INS), որոնք օգտագործում են ակսելերոմետրեր և գիրոսկոպներ, թույլ են տալիս հետևել օբյեկտի շարժմանը առանց արտաքին ազդանշանների: Սակայն ժամանակի ընթացքում դրանցում կուտակվում են փոքր սխալներ, որոնք հանգեցնում են դիրքավորման զգալի շեղումների: Դրանց ուղղման համար պահանջվում է GPS-ին կամ այլ արտաքին աղբյուրներին միանալ:

Քվանտային հեղափոխություն նավիգացիայում

X-37B-ի վրա փորձարկվող քվանտային իներցիոն սենսորն օգտագործում է քվանտային մեխանիկայի սկզբունքները՝ աննախադեպ ճշգրտություն ապահովելու համար: Տեխնոլոգիայի հիմքում ընկած է ատոմային ինտերֆերոմետրիան.

  • Ատոմները սառեցվում են բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճաններում, որպեսզի նրանք սկսեն վարվել որպես ալիքներ:
  • Բարձր ճշգրիտ լազերների միջոցով ատոմները տեղափոխվում են սուպերպոզիցիայի վիճակ (նման է Շրոդինգերի հայտնի կատվին), որի դեպքում նրանք միաժամանակ շարժվում են երկու հետագծերով:
  • Այդ հետագծերը հետո վերամիավորվում են՝ ստեղծելով ինտերֆերենցիոն պատկեր, որը նման է ջրի վրա խաչվող ալիքներին: Այս պատկերը պարունակում է տեղեկատվություն շարժման ամենափոքր փոփոխությունների մասին, ինչպիսիք են արագացումը կամ պտույտը:

Համեմատած դասական INS-ի հետ՝ քվանտային սենսորներն ապահովում են զգայունություն, որը մի քանի կարգով բարձր է: Քանի որ ատոմները նույնական են և չեն մաշվում, ի տարբերություն մեխանիկական բաղադրիչների, նման համակարգերը գրեթե չեն ենթարկվում դրեյֆի և ապահովում են նավիգացիայի բարձր ճշգրտություն՝ առանց արտաքին ազդանշանների:

X-37B առաքելության յուրահատկությունը

Գալիք առաքելությունը կդառնա նման մակարդակի քվանտային իներցիոն նավիգացիայի առաջին փորձարկումը տիեզերքում: Նախկինում նման տեխնոլոգիաներ փորձարկվել են ուղեծրային կամ ենթաուղեծրային թռիչքներում, օրինակ՝ NASA-ի Cold Atom Laboratory-ի և գերմանական MAIUS-1 առաքելության շրջանակներում, սակայն դրանք ուղղված էին ատոմային ինտերֆերոմետրիայի ֆիզիկայի ուսումնասիրությանը, այլ ոչ թե նավիգացիայի գործնական կիրառմանը:

X-37B-ի փորձը, ընդհակառակը, ներկայացնում է կոմպակտ և բարձր արդյունավետությամբ նավիգացիոն միավոր, որը նախատեսված է երկարաժամկետ իրական առաքելությունների համար: Սա քվանտային տեխնոլոգիան տեղափոխում է հիմնարար գիտությունից դեպի ավիատիեզերական արդյունաբերության գործնական կիրառություն:

Նշանակությունը տիեզերքի և ոչ միայն դրա համար

Քվանտային նավիգացիան մեծ նշանակություն ունի ինչպես ռազմական, այնպես էլ քաղաքացիական նպատակների համար.

  • Տիեզերքի համար. Տեխնոլոգիան կապահովի հուսալի նավիգացիա խոր տիեզերքում, Լուսնի կամ Մարսի վրա, որտեղ GPS-ը հասանելի չէ: Այն կարող է դառնալ ոչ միայն պահեստային, այլև հիմնական համակարգ ինքնավար առաքելությունների համար:
  • Ռազմական նպատակների համար. Քվանտային սենսորները կբարձրացնեն նավիգացիայի կայունությունը GPS-ի խափանման դեպքում, օրինակ՝ ազդանշանների խլացման ժամանակ հակամարտության գոտիներում:
  • Քաղաքացիական կիրառությունների համար. Տեխնոլոգիան կիրառելի է ինքնաթիռների, նավերի և սուզանավերի համար, որտեղ GPS-ը կարող է անհասանելի կամ անվստահելի լինել:

Համաշխարհային համատեքստ և հեռանկարներ

Քվանտային իներցիոն նավիգացիան ակտիվորեն զարգանում է ԱՄՆ-ում, Չինաստանում և Միացյալ Թագավորությունում: 2024 թվականին Boeing-ը և AOSense-ը անցկացրել են աշխարհում առաջին թռիչքային փորձարկումը քվանտային նավիգացիայի համար պիլոտավորվող ինքնաթիռի վրա՝ ապահովելով GPS-ից անկախ նավիգացիա չորս ժամվա ընթացքում: Նույն թվականին Միացյալ Թագավորությունը կատարել է նմանատիպ փորձարկում կոմերցիոն ինքնաթիռի վրա: X-37B-ի առաքելությունը կբերի այդ ձեռքբերումները ուղեծիր՝ հնարավոր է դառնալով տիեզերական նավիգացիայի պատմական պահ:

Հակիրճ…

2025 թվականի օգոստոսի 21-ին նախատեսված X-37B-ի վրա քվանտային իներցիոն սենսորի փորձարկումը խոստանում է դառնալ կարևոր քայլ ինքնավար նավիգացիոն համակարգերի զարգացման գործում: Այս տեխնոլոգիան կարող է արմատապես փոխել նավիգացիայի մոտեցումը տիեզերքում և Երկրի վրա՝ ապահովելով կայունություն և ճշգրտություն այն պայմաններում, որտեղ GPS-ը հասանելի չէ: Թեև առաքելության ռազմական բնույթը կարող է սահմանափակել արդյունքների հանրայնացումը, դրա հաջողությունը կդառնա «քվանտային թռիչք» ավիատիեզերական տեխնոլոգիաներում՝ բացելով նոր հորիզոններ հետազոտությունների և տիեզերքի յուրացման համար